ivanov-ciganov2 (558065), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Их удельные показатели значительно выше Ро — — 200 Вт/кг и р~ =- 200 Вт/дма, а к. и. д. достигает 65%. 9 44.3 Термоэлектрические генераторы В термоэлектрическом генераторе для получения эле- ктричества используется эффект Зеебека. Нагревание контакта двух полупроводниковых материалов разного типа электропроводности при- водит к появлению некоторой э. д. с. на их свободных (холодных) концах. Полупроводниковые материалы, использующиеся в таких генера- торах, должны иметь как можно больший коэффициент термо-э. д. с., хорошую электропроводность и малую теплопроводность. По- ггпЯ-' ' следиее необходимо для того, чтобы получить значительный да перепад температуры между холодными и горячими спаями кристаллов.
Этим требованиям лучше всего удовлетворяют сильно легированные полупро- годамгг ) 4А водниковые материалы (полу- металлы). Поскольку для работы в тер- «о«одопа ппдожпао пь моэлектрическом генераторе не требуется высокая чистота применяемых материалов, то генераторы получаются относительно дешевыми и успешно работают в условиях проникающей радиации. Батарея термоэлементов а) собирается из кристаллов, размещенных между иагреваемой и охлаждаемой поверхностями (рис. 14.8, а).
Для разогрева может использоваться побочное тепло (солиечный свет, стенка разогревающейся при работе установки) и тепло от специального генератора (газовая или керосиновая горелка, атомный реактор). Большинство полупроводниковых материалов, применяемых в термоэлектрических генераторах, не позволяет повышать температуру горячих спаев выше 1000'С, ибо при высоких температурах термо-э. д. с.
у них пропадает. Чаще всего температура горячих спаев лежит в пределах 500 — 700'С. Несмотря на малый к. п. д., не превышающий 10%, термоэлектрические генераторы нашли широкое применение для питания переносных радиоустройств и радиоустройств космической связи. Объяс- Гад«по« поььд«поопьь С. ) «пптоппьо Я.:.Д Иоапьппа Рис. 14.8. Схема устройства термоэлектрического генератора (а) и его внешнии характеристика (о) няется это простотой эксплуатации, высокой надежностью, небольшой стоимостью.
Внешняя характеристика одного из термоэлементов (рис. 14.8, б) достаточно круто спадает, поэтому для такого генератора не опасны короткие замыкания. Удельные характеристики термогенераторов зависят от мощности и способа подогрева и для генераторов мощностью 200 — 300 Вт составляют 15 — 20 Вт/кг. При использовании побочного тепла удельные характеристики заметно повышаются. Один из космических термогенераторов содержит 2880 термоэлементов из сплава Ое — 51 р- и п-типов электропроводности. Они обьединены в 120 'модулей, установленных на 40 трубках, по которым протекает теплоноситель. В каждом модуле 6 последовательных термоэлементов, снимаемая с них мощность равна 4 — 5 Вт. Температура горячего сная около 500 С, а холодного == 315' С.
Масса генератора 68 кг. Отдаваемая им мощность 500 Вт, Время безотказной работы 12 000 ч. Общий вес всей установки вместе с йтомиым реактором 435 кг В термогенераторе «Ромашка» в качестве источника тепла используется реактор на быстрых нейтронах н термоэлемепты из сплава Ое — 51. Мощность, отдаваемая термоэлементами, — 500 —: 800 Вт прн токе нагрузки 88 А. Время безотказной работы 15 000 ч.
В изотопном термогенераторе источником тепла является ампула с изогопом '"Р,. Размер ампулы 6 х 6 х 1,3 см, ова с двух сторон облицована термоэлементами (18 шт ). Мощность, отдаваемая ими в нагрузку, равна 320 Вт. Тепловой поток через изоляцию составляет 49 Вт. Общий к. и. д. усгановки 3 —: 3,5%. Аналогичные источники используют для питания радиорелейных и радиомегеорологических станций. Источник «Вета-Сх имеет мощность 1О Вт, напряжение 6 В, вес 140 кг'н срок службы 10 лет.
Устанавливались термоэлектрические генераторы и на спутниках системы «Космосх. $14.4 Термоэпектронные генераторы Термоэлектронные генераторы работают при более высокой температуре разогрева, в сравнении с термогенераторами обладают большим к. п. д. Их принцип действия основан на использовании энергии электронов, испускаемых нагретым эмиттером — катодом (рис. 14.9, а). Эмиттируемые им электроны попадают на холодный анод (коллектор). Возвращаясь на эмиттер по внешней цепи„они и создают в ней электрический ток. Для уменьшения влияния пространственного заряда электронов, находящихся в промежутке эмиттер †коллект, последний иногда заполняют парами легко ионизирующегося металла. Так, введение цезия позволяет увеличить расстояние между эмитгером и коллектором, получить при этом-в десятки раз больший ток эмиссии. Внешняя характеристика одного элемента термоэлектронного генератора (рис.
14.9, б), у которого эмиттер активирован и нагрег до Т = 1860' К, а коллектор имеет температуру Т = 920' К, показы- вает, что с одного квадратного сантиметра зм)гтгера можно получить около 4 Вт электрической мощности в нагрузке. Расстояние между эмитте ром и коллектором в этом генераторе равно 5 мкм. /.б!Гл' 'гб При. более высоких температурах эмиттера и меньшем рассгоянии эмиттер— коллектор отдача генератора и его к. п. д. воз- растают. В некоторых преобразователях к. п.
д. ра- в во Лв гг гб ца вен 13,5%; с 1 см' поверхности электродов снимает- в а! ся мощность до 20 Вт. Широкому применению Рис. 14хь схема устРойства териоелектронного термоэлектронного генерагенератора (а) и его внешняя характеристика (б): ! — анод; б — планка; б — денни; б — катод; б— ТОРа ПРЕПЯТСТВусТ ЕГО НЕ- тепло; б — нагруака большой срок службы, связанный с испарением высокотемпературного катода. Каскадное соединение термоэлектронного и термоэлектрического генераторов заметно повышает характерисгики источника. й 44.з Источники электрической энергии„ в которых используется солнечное излучение Солнце — неисчерпаемый источник энергии.
Поэтому источники энергии, в которых используется солнечное излучение, привлекают внимание всех энергетиков. В наружной атмосфере плотность энергии солнечного излучения весьма высока и составляет 1,33 кВт/м'. В атмосфере некоторая часть энергии поглощается. Поэтому в средних широтах в летние месяцы плотность мощности солнечной радиации на уровне моря достигает 0,3 — 0,9 кВт/м'.
Из этой мощности примерно 30% приходится на рассеянное переизлучение атмосферы. Потери в атмосфере зависят от времени года н времени суток. Поэтому прн самых оптимальных условиях среднесуточная плотность мощности солнечного излучения, падающего на горизонтальную площадку, меньше 0,4 кВт/м', а среднегодовая 0,1--0,2 кВт/м'. Однако этой мощности достаточно, чтобы с поверхности размером 5 х 5 =- 25 м' получать от солнца в течение суток 6 — 12 кВт ч энергии при к. п. д. преобразователя всего в !0%. Этой энергии вполне достаточно для потребности средней семьи, имеющей полностью электрифицированные бытовые приборы.
Использование солнечного излучения для получения электрической энергии может осуществляться как непосредственно, так и с промежуточным его преобразованием в тепловую энергию. Во втором случае для получения электрической энергии может использоваться любой тепловой генератор. Так, известны турбоэлектрогенераторы, приводящиеся в действие от солнечного нагревателя.
Параболическое зеркало диаметром 9 м, обеспечивающее при благоприятных условиях освещения получение в его фокусе температуры 2800 С, нагревает рабочее тело турбины. Турбина вращает электрогенератор, отдающий в нагрузку мощность 3 кВт. Весит такая установка около 300 кг. Применение в такой установке цилиндрического зеркала той же площади позволяет получить температуру в фокусе лишь 560'С н худшие показатели работы турбины. Более удобно в этом случае применять полупроводниковые термогенераторы.
В качестве накопителя запаса энергии, необходимой для круглосуточной работы солнечной электростанции, применяют электрические и тепловые аккумуляторы. Хорошим тепловым аккумулятором является гидрид лития, имеющий скрытую теплоту плавления 890 калорий на грамм. Весьма перспективно применение солнечных электростанций в южных районах с большим количеством солнечных г дней в году. Для питания радиоустройств космических аппаратов широко применяют непосредственные пре- 4 У образователи энергии солнечного излучения в электрическую энер- тоонструкпин алемеитои гию„называемые с о л н е ч н ысолнечной батареи: м и б а т а р е я м и. Наибольшее ! — верхвий токоотвод: й — слой Р-кремня я; а — Р-и-нереход; й — ' пластина применение получили кремниевые н.кремнвя; й -- ннжнкй токоотвод солнечные батареи, так как спект- ральная характеристика поглощения кремния хорошо согласуется со спектральной характеристикой солнечного излучения.
На поверхность пластины, представляющей собой монокристалл кремния л-типа, вносится присадка, сообщающая кремнию электропроводность р-типа. На глубине около 2,5 мкм формируется р-и-переход (рис. 14.10). Поглощение солнечного света сопровождается появлением избыточных носителей заряда как электронов, так и дырок.
Потенциальный барьер, возникающий в р-л-переходе, приводит к разделению избыточных зарядов. В области р сосредоточатся избыточные дырки, а в области и — избыточные электроны. Таким образом, при поглощении солнечного света в освещаемом слое р-типа накопится положительный избыточный заряд, а в слое л-тнпа — отрицательный.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
